Вихревые образования могут быть разными, от огромных и смертельных торнадо до маленьких и безопасных вихрей, которые нельзя увидеть невооруженных взглядом. И если от больших вихрей и торнадо необходимо спасаться, то крошечные вихри можно заставить работать на пользу науки. Именно из такого крошечного вихря, созданного с помощью ультразвуковых волн, ученые создали своего рода звуковое лассо, ловушку, в которую можно поймать и с помощью которой можно перемещать микроскопические объекты различного рода.

В статье, опубликованной в онлайн-издании Applied Physics Letters, исследователи из отдела машиностроения Бристольского университета и университета медицинских наук и технологий института Данди продемонстрировали, что всевозможные крошечные частицы, такие как живые клетки и разнообразные наночастицы могут быть пойманы в ловушку звукового вихря. Этим вихрем, действующим как звуковое лассо, можно достаточно просто управлять, медленно и осторожно перемещая пойманные микроскопические частицы. Такая технология может использоваться для решения достаточно широкого круга задач, таких, как "сборка" искусственных тканей из набора отдельных клеток, сборка сложных наноматериалов и метаматериалов.

В основе разработанной технологии лежат акустические вихри, описываемые так называемыми математическими функциями Бесселя. Эти функции определяют конфигурацию и динамику звукового лассо, вектора импульса его линейного и вращательного момента, которые могут заставить захваченные объекты вращаться или перемещаться в необходимом направлении.



Звуковое лассо представляет собой круглое устройство, в составе которого находятся 16 источников ультразвука, каждый из которых способен воспроизводить звуковые колебания, распространяющиеся в определенном направлении и имеющие собственную частоту, амплитуду и фазовый сдвиг. Комбинация звуковых волн, излучаемых всеми источниками, приводит к созданию внутри операционного объема устройства вихревых звуковых колебаний, имеющих заранее рассчитанные характеристики. Области минимумов этих колебаний являются собственно ловушкой, а перемещения фронтов давления звуковой волны заставляет пойманные частицы перемещаться в нужном направлении.

Брюс Дринкуотер (Bruce Drinkwater), профессор в области ультразвуковых технологий отдела машиностроения Бристольского университета, рассказывает: "Наши исследования показали, что с помощью вихря ультразвукового лассо мы можем захватить и переместить в нужное место частицы по любой траектории. Но самое интересное заключается в том, что наш метод является абсолютно бесконтактным, безопасным и он отлично подходит для манипуляции такими вещами, как клетки, рассматриваемые под микроскопом. С небольшими модификациями разработанная нами технология может стать частью поточных производственных линий, на которых будут производиться элементы человеческих тканей и искусственные органы".